[發明專利]用于硅基器件的凸微觀部件

有效

• 申請號: 201010206225.4
• 申請日: 2001-08-10
• 公開（公告）號: CN101867858A
• 公開（公告）日: 2010-10-20
• 發明（設計）人: 邁克爾·佩德森;彼得·V·勒佩特;李承復
• 申請（專利權）人: 諾利斯電子公司
• 主分類號: H04R19/00
• 分類號: H04R19/00
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司 11021
• 代理人: 孫紀泉

技術領域

本發明涉及微型硅換能器，具體而言，本發明涉及用于硅基器件的凸微觀部件。

背景技術

現有技術里公知麥克風采用硅基電容換能器。通常，這樣的麥克風包括四個部分：一個固定的后板；一個具有高柔順性、可移動的隔膜(它們共同形成一個可變空氣間隙電容的兩個板)；一個電壓偏置源和一個阻尼器。

正如從集成電路技術中所知的那樣，使用相同方法批量制造的聲換能器提供了關于生產成本、可重復性和尺寸減小這些令人感興趣的特征。而且，此技術為建立可在均衡的高靈敏性下寬帶工作的單片換能器提供了唯一的可能性。其提供一換能器，在很少或不用改進的情況下，可以被使用在不同的用途中，比如通信、音響和超聲波領域、圖像和運動檢測系統。

獲得寬帶和高靈敏度的關鍵在于建立一個具有小的且靈敏度極高的隔膜的結構。以前的設計已經在Bernstein美國專利號為5,146,435的專利和Bernstein美國專利號為5,452,268的專利中提出。在這些結構中，隔膜懸掛在多個具有很好韌性的可移動彈片上。然而，彈片的應用會使結構上出現控制聲泄漏的固有問題，它反過來會影響換能器低頻跌落。另一種方法將隔膜懸掛于一點，它也能夠提供一種極靈敏的結構。見Loeppert美國專利號為5490220的專利。不幸的是，這種情況下隔膜材料屬性變得很重要，尤其是造成自由薄膜彎曲的內在壓力梯度。最終會出現有關換能器低頻跌落可重復性的結構的這種類似的問題。

兩個機械部件、后板和隔膜，通常通過使用現有技術里公知的刨光和容積微切削加工的結合使用形成于一單硅基片上。兩個部件中的一個通常形成在與支持硅晶片表面相同的平面上。另一個部件，由于其本身通常是平面的，通過支柱或者側壁支持以高于第一個部件幾個微米，所以術語稱之為“凸微觀結構”。

通常，兩個部件的相對位置會影響整個器件的性能。包括凸微觀結構的薄膜內在壓力會使此結構偏移設計位置。尤其在麥克風中，隔膜和后板之間空氣間隙的變化會影響麥克風的靈敏性、噪聲和過壓響應。

多個另外的因素也會影響麥克風的制造、結構、組成和整個設計。這些問題被更加全面地討論過，并且在Berggvist的美國專利號為5408731的專利，Loeppert的美國專利號為5490220的專利和Loeppert的美國專利號為5870482的專利中介紹。

在麥克風后板作為凸微觀結構設計的具體例子中，其目標是在相對隔膜的精確位置上建立一個硬部件。一種達到此目的的方法是將硅氮化合物薄膜沉淀于成形的硅氧體消耗層以形成后板，該硅氧體消耗層用于實現所需要的分離。這個消耗層后來通過公知的蝕刻工序除去，以留下凸后板。硅氮化合物后板內在的張應力將會使它偏移位置。應該避免此種壓應力，因為它會造成結構彎曲。

圖12描述了現有技術中這樣凸微觀結構110。在氧化體被除去以留下了凸微觀結構110之后，板112內將會存在一個內在的張力。張力T源于制造工序及凸微觀結構110材料與支持晶片116擴張系數的差別。如圖所示，張力T直接向外徑向發散。板112內在張力T會形成一如側壁114的基片118附近的箭頭M方向所示的力矩。這個力矩M會形成板112在箭頭D的方向上向晶片116偏移的趨勢。板112的偏移會對麥克風的靈敏度和性能造成負面影響。

現有技術里公開了一些使薄膜凸微觀結構內在張力的影響無效的不必要的裝置。其中薄膜的合成能夠通過增加硅以減少內在壓力水平進行調整。然而這些技術也有不利的方面。它會導致薄膜對HF酸的腐蝕抵抗力降低，增加了制造的困難和花費。現有技術里公開的另外方案將會增加側壁的厚度以支持凸后板，從而增加側壁抵抗薄膜偏移內在趨勢的能力。雖然從幾何學的角度聽起來可以接受，當使用薄膜沉淀實現凸微觀結構時，這種厚側壁的制造就會不切實際。

本發明的目的是解決這些和另一些問題。

發明內容

本發明的一個方面依據這樣一個事實：如果隔膜能夠在它的平面上自由移動，它就具有最高的機械靈敏度。此外，如果隔膜置于與穿孔部件相連的支持環上，就可以實現一個緊密的聲密封以良好地控制換能器低頻跌落性能。另外，如果選擇一種懸掛裝置，其僅允許隔膜在其平面上移動且不參與隔膜向入射聲壓力波的偏移，與穿孔部件完全去耦以減少換能器對外部壓力的靈敏度。